超导限流器电力技术论文提纲

论文题目：基于高温超导无绝缘线圈的感应型限流器研究

摘要：随着我国电网的发展,电网容量不断扩大,致使短路电流水平不断增加,极大地影响了电力系统及电力设备的稳定运行。由于短路电流逐渐迫近断路器短路电流分断能力极限,短路电流超标问题已迫在眉睫,而短路电流限制器是目前解决这一问题的有效手段之一。其中高温超导限流器利用超导材料自身物理特性,具有自触发、响应快、可靠性高等优点,应用前景十分广阔。本文针对感应型高温超导限流器,提出采用高温超导无绝缘线圈作为感应型限流器副边绕组,利用超导无绝缘线圈结构紧凑、机械性能强、散热能力好的优点,可降低限流器失超恢复时间。首先,为验证高温超导无绝缘线圈作为感应型限流器副边绕组的技术可行性,论文通过实验综合比较有绝缘线圈和无绝缘线圈对交流磁场的屏蔽特性,结合仿真分析,验证超导无绝缘线圈屏蔽外部磁通的能力。通过直流磁场屏蔽实验,量化分析超导无绝缘线圈的外部磁场屏蔽能力,揭示其在较大外部磁场下,磁场屏蔽能力下降的内部机理。其次,论文通过仿真模型分析了感应型超导限流器稳态运行时和限流时的工作特性,重点介绍了本文提出的面向感应型限流器限流特性的暂态仿真模型,该模型基于多物理场有限元仿真与电路模型的耦合,以电压源为输入,既可模拟限流器限流时的宏观特性,如电压电流波形、绕组温升过程等,也可模拟其微观特性,如电流分布、磁场分布、绕组温度分布等。在此基础上,论文通过对感应型超导限流器原理样机的试验研究,验证感应型限流器仿真模型的有效性,测试以高温超导无绝缘线圈作为副边绕组的感应型限流器的限流能力。为研究不同铁芯结构对感应型限流器限流特性的影响,分别对空芯、半铁芯、全铁芯感应型限流器原理样机进行短路试验,研究其在不同短路电流下的阻抗变化特性,并在综合考虑体积、重量、限流能力等因素的情况下,得出适用于感应型限流器铁芯结构的选型依据。最后,论文针对10 kV变压器突发短路试验系统这一实际应用场景,通过分析试验系统对故障短路电流的抑制需求,可知该系统加入感应型限流器后,可有效提高系统的试验容量。之后论文给出适用于该试验系统的空芯感应型高温超导限流器的初步设计,并通过仿真模型验证限流器设计的有效性与合理性。

关键词：感应型超导限流器;高温超导无绝缘线圈;磁通屏蔽;多物理场有限元仿真;限流器铁芯结构

学科专业：电气工程

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 超导限流器基本原理

1.2.1 超导材料发展历程

1.2.2 超导材料的基本特性

1.2.3 超导限流器简介

1.2.4 超导限流器主要类别及工作原理

1.3 超导限流器研究现状与发展前景

1.4 本文主要内容与章节安排

第二章 高温超导无绝缘线圈磁场屏蔽特性研究

2.1 高温超导无绝缘线圈磁场屏蔽特性验证

2.1.1 高温超导带材与无绝缘线圈

2.1.2 实验带材与线圈

2.1.3 交流磁场屏蔽实验

2.1.4 空间磁场分布

2.2 高温超导无绝缘线圈磁场屏蔽能力评估

2.2.1 超导无阻闭合线圈

2.2.2 直流磁场屏蔽实验

2.2.3 直流磁场捕获实验

2.2.4 直流磁场衰减分析

2.3 本章总结

第三章 感应型高温超导限流器仿真研究

3.1 感应型高温超导限流器稳态仿真

3.1.1 模型基本结构、假设与参数

3.1.2 H方程

3.1.3 有限元网格划分及设置

3.1.4 仿真结果分析

3.2 感应型高温超导限流器暂态仿真

3.2.1 模型总览

3.2.2 电路模型

3.2.3 电磁模型

3.2.4 传热模型

3.2.5 模型收敛与优化

3.2.6 仿真结果及分析

3.3 本章总结

第四章 感应型高温超导限流器原理样机试验

4.1 感应型限流器样机与测试平台

4.1.1 限流器原理样机

4.1.2 临界电流测试平台

4.1.3 短路测试平台

4.2 感应型限流器样机电流源试验

4.2.1 交流损耗测试

4.2.2 阻抗变化测试

4.3 感应型限流器样机短路试验

4.3.1 空芯限流器短路试验

4.3.2 半铁芯限流器短路试验

4.3.3 全铁芯限流器短路试验

4.4 感应型限流器样机失超恢复试验

4.5 本章总结

第五章 感应型高温超导限流器设计

5.1 10 kV变压器突发短路试验系统需求分析

5.1.1 系统结构及试验流程

5.1.2 额定短路电流与故障短路电流

5.1.3 感应型超导限流器设计指标

5.2 感应型超导限流器设计

5.2.1 限流器工况分析

5.2.2 限流器绕组设计

5.2.3 杜瓦设计

5.3 感应型超导限流器运行特性仿真

5.3.1 额定短路电流仿真结果分析

5.3.2 故障短路电流仿真结果分析

5.4 本章总结

第六章 总结与展望

6.1 本文的创新点与主要结论

6.2 展望

参考文献

致谢